Главная » Литература » Железобетонные конструкции » Тихий - Расчет железобетонных рамных конструкций в пластической стадии. Перераспределение усилий
Тихий - Расчет железобетонных рамных конструкций в пластической стадии. Перераспределение усилий
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Милик Тикий и Иозеф Ракосник опубликовали в
Авторы, хорошо знакомые с мировой (в том числе советской) литературой по рассматриваемому вопросу, много внимания уделяют изучению деформационной способности железобетонных конструкций, от которой зависит возможность и обеспеченность перераспределения усилий. Это очень важно для понимания и правильного использования методов расчета железобетонных рам.
В основном книга ориентирована на расчет без использования современных ЭВМ, поскольку широкое применение ЭВМ рассматривалось как задача будущего. В связи с этим статический метод предельного равновесия в ней практически не использован. Не затронуто также 1влияние ползучести и геометрической нелинейности. Читатель, освоивший содержание книги, сможет, если понадобится, расширить свои знания с помощью специальной литературы.
Д-р техн. наук, проф. А. А. ГВОЗДЕВ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проявление железобетоном пластических свойств в статически неопределимых железобетонных конструкциях известно более шестидесяти лет. Их широкое практическое использование началось не так давно, что вызвано, по-видимому, двумя причинами. Развитие знаний о пластическом поведении статически неопределимых систем прошло несколько четко выраженных этапов. На первом этапе экспериментально и без глубокого теоретического анализа констатировались изменения в распределении усилий в конструкциях по мере роста нагрузки.
Особенно это отмечалось при нагрузках, приближающихся к исчерпанию несущей способности элементов системы или системы в целом. Второй этап характеризовался теоретическими исследованиями, которые привели к разработке и развитию метода предельного равновесия. Первоначально эта методика расчета ориентировалась скорее на расчет стальных конструкций. Было выяснено, что пластический шарнир в железобетонных конструкциях качественно отличается от пластического шарнира в конструкции нз стали. На третьем этапе развивались общие методы расчета статически неопределимых систем, следующие из теории пластичности. Результатами теоретических проработок выявлена необходимость проведения специальных исследований для определения исходных данных при разработке практических методов расчета.
Четвертый этап, который еще не завершен, ознаменован поисками простых, удобных для практики методов расчета. И последний этап, который наступает в ближайшее время, будет характеризоваться стремлением использовать электронно-вычислительные машины.
Другая причина запаздывания состоит в том, что основные концепции проектирования бетонных конструкций были заложены на основе методики допускаемых напряжений, а это не позволяло использовать пластические свойства материалов.
В настоящее время почти во всех указаниях по расчету и проектированию железобетонных конструкций в большей или меньшей степени допускается учитывать явления перераспределения усилий. Расширению применения новых методов способствует то обстоятельство, что в существующих международных документах [29] рекомендуется принимать во внимание изменение в распределении усилий, вызванное возникновением трещин и пластическими свойствами конструкций.
Пластические свойства железобетонных конструкций в расчетах учитывают уже много лет. Различные приближенные методы оценки перераспределения усилий в конструкции по сравнению с якобы упругой ее работой основаны на знании того обстоятельства, что можно допустить определенные отклонения от теоретического распределения, которые не будут неблагоприятно влиять на надежность конструкции. Было бы, однако, грубой ошибкой считать, что после внедрения расчета по стадии пластичности расчет конструкций по теории упругости исчезнет из практики. Теория упругости и в будущем будет важна при проектировании. Расчет по теории пластичности не всегда упрощает вычислительные операции, иногда, наоборот, он затрудняет решения, которые под силу лишь современной вычислительной технике. В предлагаемой книге авторы старались показать те сложности, которые встречаются на практике при расчете по теории пластичности. В то же время часто бывает и так, что более сложное решение позволяет познать работу конструкции и дает в конечном итоге выгодные результаты.
Для активного использования знания о пластическом поведении статически неопределимых конструкций необходимо хотя бы в общих чертах ознакомиться с поведением обычных и предварительно-напряженных железобетонных конструкций при высокой степени загружения и понять сущность явления, называемого перераспределением усилий. Здесь уместно напомнить слова проф. Ф. Штусси [155], одного из главных противников внедрения в практику проектирования конструкций расчета по теории пластичности: «Теоретическая механика, разумеется, имеет право создавать различные определения (например, определение постоянного объема, выравнивание моментов и т. д.), идеальные материалы и строительные элементы и теоретически их исследовать. У нее, однако, нет права предписывать конструкторской практике выводы и заключения из таких идеализированных исследований в качестве параграфов норм для проектирования. Конструктор вынужден работать с действительными строительными материалами и обязан принимать ответственность за свои творения. От этой ответственности его никто не может освободить, даже теоретическая механика».
Этими словами хотелось бы особо подчеркнуть необходимость ознакомления со всеми специфическими признаками перераспределения усилий в железобетонных конструкциях. Авторы этой книги старались внимательно подходить к сущности перераспределения усилий, принимая во внимание деформационные способности железобетонной конструкции. Понимание этого явления — ключ к уяснению всей проблемы, что позволит избежать неправильностей, связанных с применением перераспределения усилий. Основные сведения по этому вопросу приведены в главах 1 и 2. Значение перераспределения усилий для практики проектирования железобетонных конструкций изложено в главе 3, последующие главы книги посвящены собственно расчету. В этой работе рассматриваются только неразрезные балки и рамы с прямыми стержнями. Расчет и проектирование плоских систем — плит, стен и т. д — с учетом их пластических свойств изложены в [164, 100].
Книга предназначена для проектировщиков железобетонных конструкций и должна в первую очередь помочь им при практическом расчете конструкций. Поэтому теоретическая часть книги дана сжато и сопровождается рекомендациями по расчету и проектированию, а также типовыми примерами. Авторы стремились к объединению существующих методик при установлении и подсчете входящих величин небольшими переработками первоначальных формулировок. Неоднозначность в определении исходных величин — одно из препятствий на пути применения новых методов В книгу не включены специальные теоретические вопросы, такие, как влияние ползучести, деформации при достижении несущей способности и т. д Ссылки на литературу помогут читателю более глубоко изучить предмет, если ему это потребуется Авторы считают для себя большой честью издание книги в Советском Союзе, в стране, где А. А. Гвоздев первым сформулировал теоретические основы расчета железобетонных статически неопределимых систем и ряд других исследователей внесли творческий вклад в развитие этой области теории конструкций. Уместно вспомнить здесь работы А. Р. Ржаницыиа, С. М. Крылова и др. Авторы надеются, что русское издание книги предоставит нашим советским коллегам достаточно информации, а также даст стимул их дальнейшей работе.
По сравнению с чешским изданием
Примеры расчетов выполнены в соответствии с нормами, принятыми в СССР. Список литературы расширен включением ряда работ советских и зарубежных исследователей. Авторы приносят глубокую благодарность всем тем, кто способствовал изданию книги на русском языке — д-ру техн. наук, проф. А. А. Гвоздеву, д-ру техн. наук, проф. К. В. Михайлову, д-ру техн. наук, проф. С. М. Крылову, а также научному редактору книги канд. техн. наук Л. Н. Зайцеву и переводчику Б. М. Сергеенко.
Авторы будут благодарны за критические замечания советских читателей.
МИЛИК ТИХИЙ, ИОЗЕФ РАКОСНИК
Прага,
Глава 1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИИ УСИЛИИ
1. НЕОБХОДИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ
Явление перераспределения усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях впервые наблюдал и теоретически обосновал Казинчи [97]*, однако долгое время ему не уделялось достаточно внимания. Только в тридцатые годы нашего столетия пробудился интерес к изучению пластических свойств неразрезных железобетонных конструкций (примерно в то же самое время, что и у стальных конструкций).
Перераспределение моментов не нашло в то время применения на практике прежде всего по двум причинам. Во-первых, не были достаточно разработаны его теоретические основы, во-вторых, проектирование железобетонных конструкций базировалось на основе допускаемых напряжений, исходящей из теории упругости. Этой методикой не учитывались возможности пластического поведения железобетона. Инженеров даже предостерегали от попыток практического использования явления перераспределения.
Переворот в общем воззрении на статически неопределимые конструкции наступил тогда, когда перешли к проектированию конструкций с использованием коэффициентов запаса по прочности. Начиная с сороковых годов, проблеме перераспределения усилий уделяется повышенное внимание во многих странах.
Количество научно-исследовательских работ в этой области неустанно растет, независимо от того, какого подхода при проектировании придерживается та или иная страна. Решение проблем, связанных с перераспределением усилий, становится все насущнее. Особенно это проявляется при внедрении новых методов расчета, основанных на том, что свойства конструкций и действующие на них нагрузки имеют случайный характер и описываются статистическими закономерностями.
Обосновывая необходимость учета перераспределения усилий при проектировании статически неопределимых конструкций, следует подчеркнуть, что при этом глубже уясняется поведение конструкции в различных условиях работы; экономится материал (в первую очередь арматура), снижается трудоемкость изготовления конструкции и улучшается ее качество, упрощается расчет. Более глубокое понимание поведения конструкции играет решающую роль в поисках новых конструктивных форм для снижения материалоемкости конструкции и рационального использования материала. В настоящее время при подборе сечения используют сравнительно точные методы, учитывающие деформативные свойства бетона и стали, однако распределение усилий в конструкции определяется из предположения ре упругой работы.
Таким образом, пренебрегается пластическая работа бетона и арматуры, которая проявляется не только в местах критических сечений, но и влияет на обширные области конструкции. Анализ поведения конструкций на основе использования теории пластичности часто указывает на некоторые слабые места по отношению к предельным состояниям (например, в результате снижения жесткости рамных ригелей при высоких уровнях загружения возрастают требования к стойкам).
Понимание работы конструкции при напряжениях, близких к разрушающим, позволяет получить в соединении с современным отношением к надежности конструкции значительные преимущества в оценке действительной работы конструкции (см. главу 3, п. 2,3).
Экономия стали при проектировании по методике предельных состояний, заложенной в нормах СНиП П-А.11-62 [37] и СНиП П-В. 1 (проект
Используя явление перераспределения, можно снизить трудоемкость изготовления конструкции. Распределение моментов при этом получается более выгодным, чем следует из расчета по теории упругости. Разница между значениями моментов над опорами и в пролете уменьшается. Таким образом удается избежать чрезмерных скоплений арматуры, ее заготовка и укладка упрощаются. В местах, где ожидалась чрезмерная концентрация арматуры, наступит ее разрежение. Благодаря лучшему уплотнению бетонной смеси качество бетона в этих местах повысится, а значит, возрастет и надежность конструкции. В сборных элементах уменьшится количество сварных арматурных стыков.
Упрощение расчета при использовании перераспределения усилий часто переоценивается. Бесспорно, во многих случаях его можно существенно упростить по сравнению с расчетом по теории упругости. Практически расчет по теории пластичности часто оправдывает применение приближенных формул. Выгоды здесь очевидны, особенно если надо, например, оценить такое неблагоприятное явление, как осадка опор (см. главу 2, п. 2). При расчете по некоторым более точным методам, учитывающим пластические свойства материала, решение обычно усложняется.
В случае использования даже такого простого метода расчета, как метод предельного равновесия, вначале требуется найти распределение моментов по теории упругости, чтобы затем оценить правильность решения с учетом деформационной способности железобетонной конструкции. При такой оценке учитываются факторы, являющиеся главными при определении ее предельного состояния. Это может быть деформация или ширина раскрытия трещин.
В настоящее время можно смело утверждать, что проблема перераспределения усилий для обычных и предварительно-напряженных железобетонных конструкций в основном решена. Прежде всего стали известны факторы, влияющие на перераспределение усилий, а также, каким образом можно воздействовать на перераспределение усилий, если это требуется. Кроме того, известны и методы расчета распределения усилий, учитывающие пластические свойства материала. С некоторыми из них, пригодными для практического использования, знакомит эта книга.
Сведений об исходных величинах расчета достаточно, и мы не встречаемся с трудностями в этом направлении. Их уточнение и дополнение происходит постоянно. Поскольку решение некоторых вопросов требует проведения трудных и обширных экспериментов, то постоянно и во все возрастающей степени используется международное сотрудничество. Открытыми остаются лишь проблемы, относящиеся по своему характеру к теории надежности. Речь здесь идет, во-первых, об определении понятия несущей способности, во-вторых, о надежности при повторных загружениях и о практическом использовании случайных свойств статически неопределимых конструкций для их дальнейшей рационализации.
Таким образом, в настоящее время явление перераспределения усилий можно использовать практически во всех случаях, когда это разрешает характер нагружения конструкции.
...